岩体层间软弱夹层坯样试样现场直剪试验方法技术

一种岩体层间软弱夹层现场测量上部岩体应力和现场进行直剪试验的方法，其方法包括将上下岩体间的软弱夹层挖出第一夹层孔和在上下岩体表面粘贴测量脚标，通过液压加载器对上部岩体进行顶升，测量两个脚标之间的距离，算出上部岩体应力，然后在第一夹层孔前方挖出第二夹层孔，对第一夹层孔和第二夹层孔之间的软弱夹层岩体进行切割，将切割出的软弱夹层岩体包裹在剪切盒内，在通过加装装置推动剪切盒完成直剪试验，通过本发明专利技术可以很方便的确定上部岩体应力，将软弱夹层靠近内侧的一面与岩体切断，并对切断出的软弱夹层进行直剪试验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩体层间软弱夹层现场测量上部岩体应力和现场直剪试验方法，应用于岩石力学试验领域中对岩体中的软弱夹层直剪试验，适用岩体层间软弱夹层的抗剪强度测试，以便于保证岩体整体稳定。
技术介绍
受地质作用和风化作用的影响，在边坡岩体中会发育规模不等、大小深度各异的软弱夹层，该夹层即为潜在滑带。按成因，岩体层间软弱夹层可分为原生型和次生型两类。前者如以石英砂岩为主的岩层夹有粘土质岩层或泥岩薄层；后者为风化、溶滤作用或层间剪切及断层错动而形成的软弱夹层。在软硬相间的岩体内，往往由于岩层褶曲发生顺层错动，使软弱岩层的不同部位受破坏的程度不同而显示构造分带现象。一般可分为节理带和泥化层。泥化层又可进一步划分为劈理揉褶带、泥化带和错动泥化面。岩体层间软弱夹层一般为层状或者带状，软弱夹层每一部分的结构、致密程度、天然含水量、孔隙度、塑性指数及力学强度等均有所不同。其厚度往往比相邻岩层的小，力学强度和变形模量也很低，饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一或更低，有些甚至遇水崩解。同时，在决定基岩或者边坡整体稳定性上，这种滑带起着决定性作用，当基岩体内如有软弱夹层，会严重影响坝岩体的抗滑稳定性，当河谷谷坡或道路边坡岩体内存在软弱夹层，往往会导致斜坡崩滑失稳。目前对岩土体进行抗剪强度测试的试验有两种，为现场原位直剪试验和室内直剪试验。一般来说，室内直剪试验由于室内条件良好，便于操作被经常采用，但是由于上述等软弱夹层现场取样难度很大，无法进行室内试验，只能进行现场试验，而且使用现场试验得到的数据更贴近真实，能够更好的反映软弱夹层的抗剪强度特征。综上所述，有必要开展岩体层间软弱夹层的现场抗剪试验研究。但是岩体层间软弱夹层现场试验目前也存在很多试验难点，试样制备就是第一个问题，在确定软弱夹层直剪试样位置大小后，可以将软弱夹层试样两侧土体挖开，此时仍有三个面和岩体连在一起，上下两个面可以形成双面剪切，但靠夹层内部一侧的连接将直接影响剪切试验结果；第二，岩体层间软弱夹层上部是有岩体应力的，如何确定应力大小也是难点之一。第三，剪切力如何施加也是难点之一。因此，研制一种集制样、加载、剪切为一体的软弱夹层现场直剪试验装置非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是可以很方便的确定上部岩体应力，将软弱夹层靠近内侧的一面与岩体切断，并对切断出的软弱夹层试样进行直剪试验。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种岩体层间软弱夹层现场测量上部岩体应力的方法，包括如下步骤，第一步.现场确定岩体层间软弱夹层位置，标出软弱夹层与上下岩体的分界线，选取试验的位置，在上下岩体表面分别牢固一个变形测量脚标，精确测量两个脚标的初始距离，即软弱夹层在开挖前变形的初读数；第二步.测量完毕后，以分界线为基准将岩体层间软弱夹层挖出第一夹层孔， 要求第一夹层孔的长度和深度大于软弱夹层厚度3倍、两个脚标的连线为第一夹层孔的对称线，第一夹层孔挖出后，软弱夹层上部岩体应力自动释放，再次测量开挖后两个脚标之间的距离；第四步.在第一夹层孔内的上下岩体表面分别抵靠上一块钢板，钢板与岩体之间用细湿砂垫平，在两块钢板之间安装液压加载器，液压加载器通过油管与液压泵连接，在油管上安装有压力表和溢流阀，打开液压泵,液压加载器将上部岩体向上顶升，同时实时观测两个脚标之间的距离，两个脚标之间的距离接近初始距离时，液压泵减少加荷级差，在两个脚标之间的距离达到初始距离时，液压加载器停止顶升，并记录压力表的读数，通过压力表的读数得出上部岩体工作应力。岩体层间软弱夹层现场坯样试样直剪试验方法，包括如下步骤：第一步.现场确定岩体层间软弱夹层位置，标出软弱夹层与上下岩体的分界线；第二步.以分界线为基准将岩体层间软弱夹层挖出第一夹层孔， 要求第一夹层孔的长度和深度大于软弱夹层厚度3倍；第三步.在第一夹层孔的前方的软弱夹层中按照一定的距离挖出第二夹层孔，在第二夹层孔成型后，第一夹层孔和第二夹层孔之间软弱夹层为软弱夹层坯样，然后将软弱夹层坯样制备成一个外端较窄、内端较宽的台阶形；第四步.取来木方和直切装置，将木方和直切装置装安装到第一夹层孔中，通过直切装置将软弱夹层坯样的外端与内端切断；第五步.在软弱夹层坯样外端上装上一个四周封闭的规则剪切盒，在第一夹层孔内安装用来测量剪切盒位移量的百分表和用来推动剪切盒移动的顶升装置，在顶升装置的推动下，剪切盒内的软弱夹层坯样逐渐产生剪切变形，通过百分表实时记录剪切变形和剪切荷载，待剪切位移量达到规范要求后停止试验。第四步中所述的直切装置包括加载装置、组合刀片和切样导轨，组合刀片位于切样导轨内，所述加载装置包括千斤顶和抵靠在千斤顶一端的传力板，千斤顶安置在一千斤顶支架上；所述组合刀片包括滑槽垫板、滚轴排、切盒内侧板和切土刀，在滑槽垫板内设有凹槽，滚轴排放置在凹槽内，切盒内侧板贴放在滚轴排上，切土刀可拆卸式连接在滑槽垫板和切盒内侧板的一端部上，滑槽垫板和切盒内侧板远离切土刀的端部用卡口固定在传力板上。第四步中使用直切装置将软弱夹层坯样的外端与内端切断的方法，包括如下步骤： 第一步.拼装组合刀片，将滚轴排安装到滑槽垫板上的凹槽内，将切盒内侧板放置在滑槽垫板上，使滚轴排处于两块板之间，并检查切盒内侧板和滑槽垫板能否在滚轴排的带动下前后滚动，将切土刀安装到切盒内侧板和滑槽垫板的一端部上，切盒内侧板和滑槽垫板远离切土刀一端通过螺丝固定；第二步.取来切样导轨，将导轨安装到软弱夹层坯样的台阶上，在将组合刀片插入到切样导轨内；第三步.取来千斤顶、千斤顶支架和传力板，将千斤顶放置在千斤顶支架上，千斤顶的一端抵靠木方，另外一端与传力板连接，并伸长千斤顶，使传力架与组合刀片相接触，继续伸长千斤顶，千斤顶通过传力板推动组合刀片对软弱夹层坯样的外端进行横切，待组合刀片将软弱夹层坯样的外端完全切断后，此时切土刀位于第二夹层孔内，千斤顶停止伸长；第四步.切样完成后，将切土刀和传力板取下，松开组合刀片上的螺丝；第五步.将软弱夹层坯样外侧及前后两侧边缘修理整齐后，外端与内端切断操作完成。在传力板的端面上设有一切槽，滑槽垫板和切盒内侧板远离切土刀的端部卡入在切槽内。所述的剪切盒是由切盒内侧板、剪切盒外侧板、剪切盒挡板和剪切盒传压板通过螺丝连接成的一方框结构，该方框结构围在软弱夹层坯样的外端的外围，在切盒内侧板和剪切盒外侧板的端面上设有多个缺口，在剪切盒挡板和剪切盒传压板的两端设有多个凸出，所述凸出位于所述缺口内。所述千斤顶支架包括支座板，在支座板上固定安装有伸缩杆，在伸缩杆的顶部固定连接有一内壁面与千斤顶外圆面相对应的U形卡。采用如上技术方案后，本专利技术可以准确的测量上部岩体应力大小，通过直切装置可以将软弱夹层坯样靠近内侧的一面与岩体切断，并可以很方便的对切断出的软弱夹层坯样装入到剪切盒内，并对其进行直剪试验。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：图1为本专利技术所提及到的在现场对上下岩体固定变形测量脚标的主视示意图，图2为本专利技术在软弱夹层中挖出第一夹层孔后，对上层岩体进行顶升时的主视示意图，图3为本专利技术在软弱夹层中挖出第二夹层孔后，使用直切装置对软弱夹层坯样的进行切割的主视示意图，切割后使软弱夹层坯样靠近内侧的一面与岩体分离，图4为本专利技术使用直切装置对软弱夹层坯样的进行切割的俯视示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩体层间软弱夹层现场测量上部岩体应力的方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步.现场确定岩体（2）层间软弱夹层（1）位置，标出软弱夹层（1）与上下岩体（2）的分界线，选取试验的位置，在上下岩体（2）表面分别牢固一个变形测量脚标（3），精确测量两个脚标（3）的初始距离，即软弱夹层（1）在开挖前变形的初读数；第二步.测量完毕后，以分界线为基准将岩体（2）层间软弱夹层（1）挖出第一夹层孔（101）， 要求第一夹层孔（101）的长度和深度大于软弱夹层（1）厚度3倍、两个脚标（3）的连线为第一夹层孔（101）的对称线，第一夹层孔（101）挖出后，软弱夹层（1）上部岩体（2）应力自动释放，再次测量两个脚标（3）之间的距离；第四步.在第一夹层孔（101）内的上下岩体（2）表面分别抵靠上一块钢板（4），钢板与岩体之间用细湿砂垫平，在两块钢板（4）之间安装液压加载器（5），液压加载器（5）通过油管（6）与液压泵（9）连接，在油管（6）上安装有压力表（7）和溢流阀（8），打开液压泵（9），液压加载器（5）将上部岩体（2）向上顶升，同时实时观测两个脚标（3）之间的距离，两个脚标（3）之间的距离接近初始距离时，液压泵（9）减少加荷级差，在两个脚标（3）之间的距离达到初始距离时，液压加载器（5）停止顶升，并记录压力表（7）的读数，通过压力表（7）的读数得出上部岩体（1）应力。...

【技术特征摘要】
1.一种岩体层间软弱夹层现场测量上部岩体应力的方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步.现场确定岩体（2）层间软弱夹层（1）位置，标出软弱夹层（1）与上下岩体（2）的分界线，选取试验的位置，在上下岩体（2）表面分别牢固一个变形测量脚标（3），精确测量两个脚标（3）的初始距离，即软弱夹层（1）在开挖前变形的初读数；第二步.测量完毕后，以分界线为基准将岩体（2）层间软弱夹层（1）挖出第一夹层孔（101）， 要求第一夹层孔（101）的长度和深度大于软弱夹层（1）厚度3倍、两个脚标（3）的连线为第一夹层孔（101）的对称线，第一夹层孔（101）挖出后，软弱夹层（1）上部岩体（2）应力自动释放，再次测量两个脚标（3）之间的距离；第四步.在第一夹层孔（101）内的上下岩体（2）表面分别抵靠上一块钢板（4），钢板与岩体之间用细湿砂垫平，在两块钢板（4）之间安装液压加载器（5），液压加载器（5）通过油管（6）与液压泵（9）连接，在油管（6）上安装有压力表（7）和溢流阀（8），打开液压泵（9），液压加载器（5）将上部岩体（2）向上顶升，同时实时观测两个脚标（3）之间的距离，两个脚标（3）之间的距离接近初始距离时，液压泵（9）减少加荷级差，在两个脚标（3）之间的距离达到初始距离时，液压加载器（5）停止顶升，并记录压力表（7）的读数，通过压力表（7）的读数得出上部岩体（1）应力。2.岩体层间软弱夹层坯样试样现场直剪试验方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步.现场确定岩体（2）层间软弱夹层（1）位置，标出软弱夹层（1）与上下岩体（2）的分界线；第二步.以分界线为基准将岩体（2）层间软弱夹层（1）挖出第一夹层孔（101）， 要求第一夹层孔（101）的长度和深度大于软弱夹层（1）厚度3倍；第三步.在第一夹层孔（101）的前方的软弱夹层（1）中按照一定的距离挖出第二夹层孔（102），在第二夹层孔（102）成型后，第一夹层孔（101）和第二夹层孔（102）之间软弱夹层（1）为软弱夹层（1）坯样，然后将软弱夹层（1）坯样制备成一个外端较窄、内端较宽的台阶形；第四步.取来木方（24）和直切装置，将木方（24）和直切装置装安装到第一夹层孔（101）中，通过直切装置将软弱夹层（1）坯样的外端（201）与内端（202）切断，完成坯样试样的制备；第五步.在软弱夹层（1）坯样外端（201）上装上一个四周封闭的规则剪切盒，在第一夹层孔（101）内安装用来测量剪切盒位移量的百分表（19）和用来推动剪切盒移动的顶升装置，在顶升装置的推动下，剪切盒内的软弱夹层（1）坯样逐渐产生剪切变形，通过百分表（19）实时记录剪切变形和剪切荷载，待剪切位移量达到规范要求后停止试验。3.根据权利要求2所述岩体层间软弱夹层坯样试样现场直剪试验方法，其特征在于：第四步中所述的直切装置包括加载装置、组合刀片（21）和切样导轨（25），组合刀片（21）位于切样导轨（25）内，所述加载装置包括千斤顶（22）和抵靠在千斤顶（22）一端的传力板（11），千斤顶（22）安置在一千斤顶支架（23）上；所述组合刀片（21）包括滑槽垫板（10）、滚轴排（13）、切盒...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓华锋，王晨玺杰，王哲，肖瑶，方景成，张恒宾，李建林，张小景，胡玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42